Forslag til besvarelse eksamen TFY4260 Cellebiologi og cellulær ...

Forslag til besvarelse eksamen TFY4260 Cellebiologi og cellulær biofysikk
23. mai 2012
Oppgave 1: Plasmamembranen. Aksjonspotensial. Transport av neurotransmittor
a) Plasmamembranen består av lipider, proteiner og karbohydrater.
- De finnes tre grupper av lipider: fosfolipider, kolesterol (steroler) og glykolipider.
- Lipidene er amfipatiske, og de danner spontant et dobbeltlag i vannløsning.
- Fosfolipidene består av et polart hode forbundet til to fettsyre kjeder med en fosfatgruppe og
glycerol.
- Lipidene orienterer seg slik at det polare hodet vender utover mot membranens overflate, dvs mot
vannoppløsningen i cellens ekstracellulære omgivelser eller cytosol. De hydrofobe halene vender
innover i membranen.
- Kolesterol legger seg mellom fosfolipidene slik at de polare hodene vekselvirker.
- Karbohydratene er festet til lipider og proteiner på ekstracellulær side av membranen
- Proteinene "flyter" i lipidlaget. Fluid mosaikk modell.
- Det finnes tre grupper av membranproteiner: integral proteiner, perifere proteiner og fettsyrekjedeforankrede
proteiner..
- Integral proteiner er amfipatiske og det hydrofobe området strekker seg inn i lipid-dobbeltlaget,
enten delvis inn i lipid-dobbeltlaget, eller gjennom hele, såkalt transmembran proteiner. Den
hydrofobe delen av transmembranproteinet danner som regel en -helix (20-25 hydrofobe
aminosyrer) som strekker seg tvers over hele membranen. Transmembranproteinet kan bestå av
mange hydrofobe områder som danner -helixer som strekker seg mange ganger gjennom
membranen. Hver -helix er forbundet med en hydrofil del som befinner seg ekstracellulært eller i
cytosol.
- Perifere proteiner er hydrofile og binder seg ikke-kovalent til polare membran overflater via
elektrostatiske vekselvirkninger og hydrogenbininger . De perifere proteinene vekselvirker både
med den hydrofile delen av integralproteiner og til fosfolipidhodene.
- Lipid-forankrede proteiner er hydrofile og kovalent bundet til lipidmolekyler i lipidlaget.
Proteinene er forankret til membranen på cytosolsiden via en fettsyrehale og på ektracellulærside
via glykolipidet glycosylfosfatidylinositol (se figur)
b) Aksjonspotensial

) Aksjonspotensialet
Ionestrømmer fra foregående aksjonspotensial induserer en depolarisering og et gradert potensial
som igjen danner aksjonspotensialet dersom endringen i membranpotensial er større enn
terskelverdien for dannelse av aksjonspotensial:
Aksjonspotensialet dannes ved at:
1.Spenningsfølsomme Na+ kanaler åpnes endringen i membranpotensial
Na+ strømmer inn i cellen
membranpotensialet depolariseres
spenningsfølsomme Na+ kanaler åpnes og
membranpot. depol. ytterligere.
2. Na+ kanaler inaktiveres.
Dette skjer som en forsinket respons på endringen i membranpot
Idet Na kanalene åpnes trigges også inaktivering og påfølgende
lukking av Na kanalene samt åpning av K+ kanaler (se figur)
3. Spenningsfølsomme K+ kanaler åpnes
K+ strømmer ut av cellen
membranpotensialet går mot hvilepotensialet,
hyperpolariseres, før hvilepotensialet gjenopprettes.
Aksjonspotensialet forplanes langs axonet ved at ionestrømmer
går langs axonet og depolariserer neste segment av axonet uten myelin eller til Ranviers knute i
axon med myelin. Dette fører til at spenningsfølsomme Na+ kanaler og K+ kanaler åpnes og et nytt
aksjonpotensial dannes.
c) Transport langs axon
Skjer ved at neurotransmittorer transporteres i vesikler langs miktotubulus.
Vesikler transporters langs mikrotubulus ved hjelp av motoriske mikrotubulus assosierte proteiner som
kinesin og cytoplasmatisk dynein. ( Kinesin går fra minus enden mot pluss enden, og cytoplasmatisk
dynein går motsatt vei).
De motoriske mikrotubulus assosierte proteinene består av to tunge kjeder tvunnet rundt hverandre, og
to lette kjeder ved COOH enden.
Amino-enden av proteinene har to globulære hoder med ATPase aktivitet.
Disse globulære hodene bindes til mikrotubulus.
Vesikkelen bindes til COOH enden.
2
De motoriske proteinene beveger seg langs mikrotubulus ved bruk av ATP:
1. ATP bindes til de motoriske proteinene konformasjonsendring av proteinene
2. ATP ADP + Pi konformasjonsendring og
3. De motoriske proteinene beveger seg langs mikrotubulus
4. ADP og Pi frigjøres konformasjonen gjenopprettes
Det hele gjentas og gir en bevegelse i en retning

Oppgave 2: Proteintransport og modifisering (Vekttall 2)
a) Glatt ER:
• Lipidsyntese
- Fosfolipider i membraner
- Steroidehormoner fra kolesterol
- Lipoprotein-partikler som frakter lipider i blodbanen
• Detoxifiseringsreaksjoner
- vannuløselig giftstoffer → vannløselige skilles ut i urinen.
Skjer ved hydroksylering som avhenger av protein i cytokrom P450
familien
• Karbohydrat metabolisme
- I absorptiv tilstand (rett retter matinntak): glukose → glukogen i lever celler
- I postabsoptiv tilstand: glukogen → glukose
• Lager av Ca 2+
- Ca 2+ - ATPase pumper Ca 2+ inn i ER. I
muskelceller sarcoplasmatisk reticulum.
Ca 2+ må ut i cytosol for muskelkontraksjon.
Ru ER:
• Syntese av proteiner
1) Membranproteiner
2) Vannløselige proteiner:
Proteiner som skal skilles ut av cellen
Proteiner i lumen av organeller
• Karbohydrater festes til proteiner
• Kvalitetskontroll av proteiner: sjekker folding av proteiner og korreksjon for gal folding
• Danner multisubenhet proteiner
Hvilke funksjoner har glykosylering av proteiner:
Intracellulært:
- Markør for riktig protein folding
- Markør for proteinsortering
- Hindrer at proteaser bryter ned proteinet
Ekstracellulært / i plasmamembranen:
- Gjenkjennelse mellom celler
- Reseptor for ekstracellulære molekyler
- Hindrer angrep på cellen
b) Protein sortering
Transport av proteiner til membranen av endoplasmatisk reticulum:
Proteiner som skal til ER har en signalsekvens (består av ca 20 aminosyrer) som oftest utgjør den
første sekvensen på peptidkjeden. Se figuren.
Denne signalsekvensen gjenkjennes av en signal-gjenkjennende partikkel (SRP) i cytosol, og binder
seg til signalsekvensen. SRP sirkulerer mellom cytosol og membranen på ru ER. Proteinsyntesen
stanser/går saktere så lenge SRP er bundet til signalsekvensen (skyldes sannsynligvis at partikkelen
blokkerer for bindingsstedet for neste t-RNA).
SRP fører ribosomet med peptidkjeden som har signalsekvensen til ER. På membranen på ru ER sitter
en reseptor for SRP. Reseptoren er assosiert med et poreprotein som polypeptidkjeden kan gå gjennom.
SRP binder seg til sin reseptor og dermed bindes ribosomet og peptidet til ER. Se figuren. GTP bindes
til både SRP og SRP reseptor. Dette gjør at translasjonen fortsetter og signalsekvensen setter inn i pore
3

proteinet og kanalen i poreproteinet åpnes. GTP hydrolyseres til GDP. Dette medfører at SRP løsner og
går tilbake til cytosol. Proteinsyntesen fortsetter så på ER.
4
Proteinet passerer ER membranen:
Proteinet passerer gjennom en kanal assosiert med reseptoren for signal-gjenkjennende partikkel. Poren
er dynamisk dvs den åpnes når signalsekvensen som er hydrofob plasseres i membranen på ER.
Proteinet syntetiseres og går samtidig gjennom poren (såkalt co-translasjon)
Når hele proteinet har passert ER membranen, og det bare er bundet til membranen ved signalpeptidet.
En peptidase "klipper" peptidkjeden av ved signalpeptidet. Signalsekvensen degraderes til aminosyrer
og proteinet folder seg til sin native form.
c) De to modellene for transport av lipider og proteiner gjennom golgi er:
1. Stationary cisternae modell: Hvor hvert kompartment
(Cisterna) av golgi er en stabil struktur. Trafikkering gjennom golgi
foregår i denne modellen via transportvesikler som skilles ut fra en
cisterna og vandrer videre til den neste med sitt innhold. Proteiner
som skal til ulike deler av golgi, sekreteres ut eller sendes tilbake til
ER blir fraktet med vesikler til sin lokalisering.
2. Cisternal maturation modell: Hver cisterna går gradvis
over fra å være i cis-golgi netverket til å bli trans-golgi i en
modningsprosess. I modningsprosessen tilføres hvert kompartment
de nødvendige enzymer og lipider i en konstant prosess, og de
holdes igjen i riktig kompartment av signaler i proteinene selv.
Eksperimentelle data støtter begge modellene, men i den senere tid
har fluorescens mikroskopi avslørt at modell 2 er den mest
sannsynlige. Dette også pga, størrelsen på en del molekyler som
umulig kunne fraktes med små vesikler som er forutsetningen for
modell 1.

5
Oppgave 3
a) cAMP aktivering
Syntese av cAMP krever at enzymet adenylate cyclase aktiveres av G protein. G protein har fått sitt
navn fordi det har GDP/GTP bundet til seg. G proteinet består av 3 polypeptidkjeder, , , og , og
er bundet til cytoplasmatisk side av plasmamembranen. Når GDP er bundet til -kjeden er de tre
kjedene bundet til hverandre, og G proteinet er inaktivt. Når GTP erstatter GDP dissosierer -
kjeden fra resten av G proteinet, og -kjeden aktiveres. Se figur.
Adrenalin binder seg til sin reseptor på cellens plasmamembran. Dett er en reseptor av typen G-
protein forbundet reseptor.
reseptoren aktiveres, bindes til G proteinet og katalyserer reaksjonen som erstatter GDP bundet
til G proteinet med GTP
-kjeden løsner fra resten av G proteinet og bindingsstedet for adenylate cyclase på -kjeden
eksponeres
-kjeden bindes til enzymet adenylate cyclase som aktiveres
adenylate cyclase katalyserer reaksjonen ATP cAMP. Se figur.
Varighet av cAMP aktivering:
-kjeden har GTPase aktivitet og hydrolyserer GTP GDP+Pi svært fort.
Men så lengde adenalin sitter bundet til sin reseptor er denne aktivert og et nytt GTP vil erstatte
GDP. Dvs at så lenge reseptoren er aktivert vil adenylate cyclase være aktiv og produsere cAMP.
Funksjonen til cAMP: c-AMP virker ved å aktivere c-AMP avhengige protein kinaser, såkalte A-
kinaser. Disse kinasene består av et proteinkompleks. Når c-AMP bindes gjennomgår
proteinkomplekset en konformasjonsendring som frigjør og aktiverer de funksjonelle subenhetene av
enzymet. Enzymet fosforylerer igjen andre intracellulære proteiner.
b) Forsterkning av responsen
Figuren nedenfor viser hvilke trinn der en forsterkning foregår.
Ikke forsterkning i trinnet cAMP til kinase aktivering. 2 cAMP/ kinase

6
- Mange G-protein kan aktiveres
- Hvert G-protein kan aktiverer mange
adenylate cyclaser
- Hver adenylat cyclase kan syntetisere
mange cAMP
- Protein kinase A aktiverer mange
fosforylase kinaser
- Fosforylase kinase aktiverer mange
glycogen fosforylase
-Fosforylase byter ned mange
glukogen til glucose-1-fosfa
c) Tumor suppressor gener koder for:
- p53 er cellens vakthund. Forhindrer at skadet DNA kan replikeres ved at celler med skadet DNA
gjenomgår apoptose dersom DNA skaden ikke repareres. p53 fosforyleres og igangsetter to
prosesser: arresterer cellen i G1 slik at den kan reparere DNA skaden. Dersom DNA skaden ikke
repareres trigger p53 apoptose.
-Rb er cellens bremse, bremser celledeling. Proteinet regulerer restriksjonspunktet og avgjør om
cellen skal gå inni S-fase. Rb sjekker at nødvendige vekstbetingelser er oppfylt og egenskaper ved
cellen som ingen DNA-skade og cellen må ha en viss størrelse. Dersom betingelsene er oppfylt
fosforyleres Rb og enzymer nødvendig for å gjennomføre S-fase syntetiseres.
- APC er et multiprotein ødeleggelse kompleks, involvert i Wnt sporet. APC bindes til proteinet
Axin og glycogen syntase kinase. Dette medfører fosforylering av β-catenin som merkes for
nedbryting via proteasomer. Dette inaktiverer Wnt sporet. En mutasjon i APC gjør at β-catenin
ikke brytes ned og Wnt sporet er alltid skrudd på og celle proliferasjon gjennomføres.
Oppgave 4: Cytoskjelettet. Ekstracellulær matrix
Strukturen av mikrovilli
Tette bunter av aktin-filament holdt sammen av:
- Aktinbindende proteiner: Fimbrin og villin
-Festet til plamamembranen med myosin I og calmodulin
-Plussenden utover i en tett amorf (ikke-krystallinsk) ukjent substans
- Minusenden forankret i et nettverk i cytosol under plasmamembranen

7
Strukturen av flimmerhår
Flimmerhår består av mikrotubulus organisert i
axonemer, 9 dubletter perifert i axonemet
pluss to singletter sentralt som figur viser.
To dubletter kan gli langs hverandre ved bruk
av GTP bundet til proteinet dynein.
Glidebevegelsen forhindres delvis a proteinet
nexin som binder to dubletter sammen og
av ”eike” proteiner som binder dublettene til
de sentrale mikrotubulus.
Hovedforskjeller:
- Mikrovilli består av aktinfilament, flimmerhår av mikrotubulus
Mikrovilli er statiske, flimmerhår dynamiske dvs de beveger seg.
Funksjonen
Mikrovilli: Øke absorpsjonsoverflaten : finnes på epitelcelle ri tarm der stor absorpsjonsfalte er
nødvending. Mikrovilli på overflaten av epitelceller øker overflaten ca 20x.
Flimmerhår: Beveger seg over epitelcellelag i luftveiene slik at støv og partikler fjernes.
b) Fokalpunkter
Cellens aktinfilament er forankret i ekstracellulær
matrix (ECM) via fokalpunkter.
Fokalpunktene består av aktinbindende proteiner
(vinkulin og talin) som er festet til
transmembranproteiner kalt integriner. Integriner er
bundet til ECM (collagen eller fibronektin). Se figur
Hovedforskjellen mellom fokalpunkt og hemidesomosom er:
- at i fokalpunktet er aktinfilamentet forankret til ECM, men i hemidesmosomer er intermediært
filament forankret til ECM via integriner og intermediært filament er bundet til integrinet via plakk
av proteiner.
- Hemidesmosmer forbinder epitelceller til basalmembranen via laminin-reseptor som bindes til
proteinet laminin i basal membranen.

8
c) Oppbyggingen av GAG og proteoglykaner
Glykosaminoglykaner består av lange uforgreinete
repeterende disakkarider. En av sukkerenhetene alltid er
N-acetylglukosamin eller N-acetylgalakosamin. Den
andre er ofte galaktose eller glukuronat
De tre vanligst typene er keratan sulfate, kondroitin
sulfate og hyalurononate. Hylauronoate skiller seg ut
ved at det ikke inneholder sulfatgrupper.
Proteoglykaner er GAG forbundet til et
protein via en linker tetrasakkarid.
Funksjoner:
• Danner gel som fiberproteiner ”flyter” i.
• Negative ladninger tiltrekker kationer og vann slik at gelen har et stort væsketrykk som motstår
F ytre trykk krefter.
• Regulerer trafikken/aktiviteten av celler, næringsstoffer/avfallsstoffer og molekyler (kjemiske
signalmolekyl/enzymer) ved å begrense transport gjennom ekstracellulær matrix og binde
signalmolekyler/proteiner
Fibronektin er et adhesivt protein bestående av mange domener med bindingssteder til ulike
bestandeler i ECM. I tillegg inneholder det peptidsekvensen RGD som bindes til integrinet
fibronektin reseptor.
Oppgave 5: Immunologi
Klonal seleksjonsteorien for B-celler.
1. Hver B-celle lages for å syntetisere et antistoff
B-celler lages av stamceller og hver celle
gjennomgår DNA rearrangering som gir opphave til
genet for antistoffet som hver B-celle kan produsere.
Dette gir opphav til et enormt antall forskjellige
antistoffer
2. B-cellene produserer antistoff uten at de
stimuleres med antigen.
B-cellene produserer antistoffet og det
plasseres på overflaten, med det
antigengjenkjennende delen ut. De fleste B-cellene
trengs ikke, men det store repertoaret gjør at ”alle”
antigen kan detekteres.
3. B-celler selekteres av antigenbinding og B-cellen aktiveres noe som gir massiv
antistoffproduksjon.

B-cellene aktiveres av antigen. Enten av bare antigen eller som oftest også sammen med T-
hjelpeceller (CD4-T-celler). Aktiveringen fører til proliferasjon av den ene B-cellen, som gir en
økning i antallet B-celler (danner en klon) som lager det riktige antistoffet. De aktiverte B-cellene
utvikles til to celletyper.
Den ene celletypen kalles plasmaceller og produserer og sekreterer store mengder antistoff. For å få
til denne prosessen har plasma-cellen store mengder ru ER for å sikre stor proteinproduksjon g
effektiv sekresjon. Plasmaceller lever kun kort tid etter at antigenet er forsvunnet.
Vaksine
Den andre typen B-celler er hukommelsesceller. Disse lager ikke antistoff, men aktiveres av
antigenet om det møter det igjen. Denne aktiveringen er raskere enn den initiale aktiveringen, og
ved aktiveringen vil en del av hukommelses B-cellene proliferer og bli plasmaceller som kan
produsere antistoff. Den sekundært immunresponsen er mye raskere og vil kun ta timer, men den
initiale responsen tar flere dager. Hukommelses B-cellene er bakgrunnen for at vi kan lage vaksiner
for en del bakterier og virus. Vi injiseres da med et antigen vi ønsker å beskytte oss mot.
Oppgave 6 (Vekttall 1)
I denne oppgaven får dere angitt 3 svar, hvorav ett er riktig. Sett kryss ved siden av det riktige
svaret. Lever oppgavearket merket med studieprogram, studentnr, og sidetall.
a) Dersom plasmamembranen ble permeabel for Na + og K + , hva ville Na + /K + pumpa gjøre:
- Hemmes å slutte og pumpe
- Pumpe Na + og K + i begge retninger
- Fortsette å pumpe Na + ut av cellen og K + inn i cellen, og hydrolysere ATP, men energien
ved hydrolyse vil være bortkastet idet varme produseres istedenfor ionegradient.
b) Proteiner passerer membranene av mitokondrier:
- i en foldet tilstand
- ufoldet ved kotranslasjon
- ufoldet etter at translasjonen er avsluttet
c) Histoner passerer gjennom kjerneporekomplekset ved:
- Passiv diffusjon
- Krever ATP
- Krever G-bindende protein
d) Kromatidtrådene trekkes til hver sin spindelpol i:
- metafase
- anafase
- telofase
e) Under celledeling brytes kjernekonvolutten opp i:
- Interfase
- Profase
- Prometafase
f) RNA syntetiseres gjennom cellesyklus i:
- Hele interfasen
- G1-fasen
- S-fasen
9

10
g) rRNA syntese foregår:
- i nukleolus
- i ribosomer i cytosol
- i endoplasmatisk reticulum
h) Organellen som sannsynligvis stammer fra en annen organisme er:
- Lysosomer
- Golgi apparatet
- Mitokondrier
i) Sorteringssignalet bestemmer hvor i cellen et protein skal transporteres.
Til hvor i cellen vil et protein uten sorteringssignal bli transportert?
- Kjernen
- Cytosol
- Mitokondriene
j) Du ønsker å detektere karbohydrater på plasmamembranen. Hvilket av de følgende molekylene
kan da benyttes:
- Lektiner
- Cadheriner
- Integriner
k) v-SNARE deltar direkte i
- dannelse av transportvesikler
- transporten av vesikler
- bindingen av vesikler til target organelle
l) Kontraksjon av glatt muskulatur krever at intracellulær konsentrasjon av Ca 2+ øker. Dette skjer
ved at Ca 2+ ionekanaler åpnes i:
- Plasmamembranen
- Mitochondria
- Sarcoplasmatisk reticulum
m) I genregulering er lac-operonet mye studert. Hva skjer om en muterer lac-repressoren slik at den
ikke lenger kan binde laktose, men fortsatt kan binde seg til operatoren?
- Ingen transkripsjon av lac-genene.
- Full transkripsjon av genen.
- Høy nedbryting av laktose
n) Etter transkripsjon av DNA i en eukaryot celle modifiseres primærtranskriptet til et mRNAmolekyl.
Hvilke av utsagnene under er rett beskrivelse av modifikasjonen av primærtranskriptet?
- Primærtranskriptet kuttes og limes (ligeres) sammen på nytt uten introner
- Primærtranskriptet kuttes og limes (ligeres) sammen på nytt men uten exoner.
- Primærtranskriptet limes (ligeres) sammen med en polyAdenosin hale.
o) Enzymer gjennomgår ofte post-translasjonelle endringer som en del av regulering av
enzymaktiviteten. Hvilken av de følgende endringene vil være irreversible?
- Aktivering ved fosforylering
- Proteolytisk aktivering av proenzym
- Poly-ubiquitinylering

11
p)I hvilken tilstand foreligger DNA hovedsakelig i cellekjernen?
- Bundet til oktamerer av histon og flere typer ikke-histon proteiner
- I fri tilstand uten å være bundet til proteiner
- Tett bundet rundt ribosomale proteiner
q) Hva er en transkripsjonsfaktor?
- DNA-bindende protein som regulerer genavlesingen
- RNA-bindende protein som regulerer proteinsyntesen
- Kompleksdannende protein som regulerer nedbryting av transfer-RNA
r) Kroppens forsvar karakteriseres ved at aktivering av nødvendige celler ofte krever to signaler.
Hva er den beste forklaringen på at dette er hensiktsmessig?
- Det gir større sikkerhet mot feilaktig aktivering
- Det gir bedre målstyring av responsene
- Det gir bedre regulering av tempoet i aktiveringen